本節(jié)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分，支持PSO功能的硬件、PSO技術(shù)的特點(diǎn)、在運(yùn)動(dòng)控制器上使用哪些命令實(shí)現(xiàn)PSO功能、PSO使用的案例說明。看完本節(jié)內(nèi)容，相信大家就能了解PSO的使用方法，下節(jié)我們將深入講解。
硬件平臺(tái)環(huán)境搭建
一、硬件說明
硬件選型的首要要求是支持PSO功能，再分析PSO的應(yīng)用場(chǎng)合和軸數(shù)等選擇具體的型號(hào)。
本例以ZMC406總線運(yùn)動(dòng)控 制器和ZMC460N雙總線運(yùn)動(dòng)控制器為例展開介紹，PSO所用的指令名也被稱為硬件比較輸出，故下文也會(huì)用硬件比較輸出代替PSO。
ZMC406總線控制器
ZMC406總線控制器是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的新一代網(wǎng)絡(luò)6軸運(yùn)動(dòng)控制器（可通過擴(kuò)展模塊來擴(kuò)展軸，支持多達(dá)32軸），自帶六個(gè)脈沖軸接口包含差分脈沖輸出和差分編碼器輸入），支持脈沖驅(qū)動(dòng)器和EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器混合使用。
脈沖輸出頻率最大可達(dá)10MHZ，EtherCAT總線的通訊周期最快可達(dá)250微秒。
支持4路PSO輸出，輸出口非獨(dú)立，不能四路同時(shí)輸出，每個(gè)系統(tǒng)周期比較輸出一次，即每個(gè)系統(tǒng)周期只能輸出一路比較信號(hào)。
ZMC460N雙總線控制器
ZMC460N雙總線控制器相比ZMC406所帶的資源更多，是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的新一代網(wǎng)絡(luò)60軸運(yùn)動(dòng)控制器（支持EtherCAT總線軸+RTEX總線軸+脈沖軸混合使用），自帶六個(gè)脈沖軸接口（包含差分脈沖輸出和差分編碼器輸入），通用輸出口支持配置為單端脈沖輸出，通用輸入口支持配置成單端編碼器輸入。
脈沖輸出頻率最大可達(dá)10MHZ，EtherCAT總線的通訊周期最快可達(dá)250微秒。
支持12路PSO輸出，輸出口獨(dú)立，支持12路同時(shí)輸出，每個(gè)系統(tǒng)周期可比較輸出多次，應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富。
這兩款控制器同屬高系列，功能強(qiáng)大，能滿足多種場(chǎng)合的需求，支持直線插補(bǔ)、連續(xù)插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置、硬件比較輸出、硬件定時(shí)器、運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)輸出等功能；采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制。
應(yīng)用程序可以使用正運(yùn)動(dòng)自主研發(fā)的ZDevelop軟件開發(fā)，或VC、VB、VS、C++Builder、C#等上位機(jī)軟件來開發(fā)。上位機(jī)開發(fā)調(diào)試時(shí)可以把ZDevelop軟件同時(shí)連接到控制器，程序運(yùn)行時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)庫“zmotion.dll”。
下文以ZDevelop軟件開發(fā)為例。
控制器的基本參數(shù)說明如下表：
⊙PSO硬件比較輸出功能使用的是高速IO口，響應(yīng)頻率為1MHz， 響應(yīng)速度可以精確到微秒級(jí)別。
用戶可以使用ZDevelop軟件連接控制器，在ZDevelop軟件的在線命令欄發(fā)送“?*max”打印查看更多控制器規(guī)格參數(shù)，“?*set”查看打印指令參數(shù)值，?*port打印通訊通道。
1.下圖為ZMC406總線控制器的參考架構(gòu)：
ZMC406總線 控制器的常用接口說明如下表：
2.下圖為ZMC460N雙總線控制器的參考架構(gòu)：
ZMC460N雙總線控制器的常用接口說明如下表：
⊙均可通過CAN總線或EtherCAT總線擴(kuò)展IO資源和軸資源。
二、PSO的技術(shù)介紹
PSO(position synchronized output)即位置同步輸出，本質(zhì)是通過采集實(shí)時(shí)的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號(hào)，PSO示意圖如下。
PSO一般與激光器 (或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備) 同步輸出信號(hào)進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動(dòng)軌跡的所有階段以恒定的空間(或者恒定時(shí)間)間隔觸發(fā)輸出開關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實(shí)現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。
⊙PSO功能的特點(diǎn)就是能高速且穩(wěn)定的輸出信號(hào) ， 因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋撸阅軌蛟谡麄�(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號(hào)而不用考慮總體速度。
即在直線部分以很快的速度運(yùn)動(dòng)，而在圓角部分減速的同時(shí)也能保證輸出間距恒定，通常圓角加工部分在整個(gè)加工過程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時(shí)，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。
三、PSO相關(guān)指令介紹
實(shí)現(xiàn)PSO功能（即硬件比較輸出）功能使用的命令主要有“HW_PSWITCH2”、“MOVE_HWPSWITCH2”、“HW_TIMER”等，前兩個(gè)指令主要用于設(shè)定觸發(fā)比較輸出的距離，最后的命令是硬件定時(shí)，可配合前者使用精準(zhǔn)控制輸出脈沖的寬度。
1 . HW_PSWITCH 2 -- 硬件位置比較輸出
（1）指令說明
通過設(shè)置比較條件，控制OP口連續(xù)高速輸出信號(hào)，控制器必須使用支持硬件比較輸出的輸出口，例如ZMC406可以使用OUT0/1/2/3口，ZMC460的OUT0-11均可使用。
支持比較脈沖軸的位置、編碼器的反饋位置和總線軸的位置。選用何種位置信息比較，與設(shè)置的ATYPE軸類型有關(guān)，比較的主軸帶編碼器輸入時(shí)，自動(dòng)使用編碼器位置來觸發(fā)，不帶編碼器的場(chǎng)合便比較脈沖輸出。
可以使用“MOVEOP_DELAY”參數(shù)來調(diào)整輸出準(zhǔn)確時(shí)刻。
（2）注意事項(xiàng)
一般控制器每個(gè)系統(tǒng)周期內(nèi)只能比較一次，系統(tǒng)周期通過“SERVO_PERIOD”查詢，此時(shí)當(dāng)系統(tǒng)周期過大時(shí)，而比較輸出脈沖寬度小于系統(tǒng)周期時(shí)將會(huì)導(dǎo)致輸出異常。部分控制器如ZMC460N、ZMC504SCAN等，每個(gè)系統(tǒng)周期支持比較多次，即支持多個(gè)比較輸出口在同一周期輸出比較信號(hào)。
⊙“HW_PSWITCH2”與“MOVE_OP”精準(zhǔn)使用同樣的硬件資源，不建議在同一個(gè)通道同時(shí)使用，可以在不同的通道同時(shí)使用。
調(diào)用TABLE位置數(shù)據(jù)時(shí)，在所有比較點(diǎn)完成前不要修改TABLE。
使用脈沖型電機(jī)時(shí)只有ATYPE為4時(shí)才是比較反饋位置(MPOS)，默認(rèn)出廠的ATYPE為1或7比較的是命令位置(DPOS)。
（3）指令語法
HW_PSWITCH2(mode, [...])
mode模式不同，后面需要填寫的參數(shù)也不同，詳情需參考Basic手冊(cè)的語法說明。
舉兩個(gè)簡(jiǎn)單且典型的模式展開描述。
A.Mode=1：?jiǎn)屋S比較
HW_PSWITCH2( mode,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])
mode：1-啟動(dòng)比較器
opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口
opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)
tablestart：第一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)
tableend：最后一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)
direction：第一個(gè)點(diǎn)判斷方向，0坐標(biāo)負(fù)向，1坐標(biāo)正向，-1不使用方向
此模式較為簡(jiǎn)單，需要借助TABLE寄存器，把需要比較輸出的位置坐標(biāo)先存儲(chǔ)到TABLE寄存器，然后PSO控制OP口每到達(dá)一個(gè)比較點(diǎn)的位置便反轉(zhuǎn)一次，直到全部坐標(biāo)點(diǎn)比較完成。示意圖如下，P表示比較點(diǎn)，展示六個(gè)比較點(diǎn)的OP輸出情況。
B.Mode=2：清除比較點(diǎn)
HW_PSWITCH2(2)
mode：2-停止并刪除沒完成的比較點(diǎn)
⊙使用前需要調(diào)用此模式，清除可能沒有比較完成的數(shù)據(jù)。使用過程中也可以發(fā)送此命令，停止比較。
Mode=6：矢量比較方式，周期模式，與HW_TIMER一起使用
HW_PSWITCH2( mode, opnum, opstate, vectstart, repes, cycledis)
mode：6-啟動(dòng)比較器
opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口
opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)
vectstart：比較點(diǎn)VECTOR_MOVED當(dāng)前運(yùn)動(dòng)距離
repes：重復(fù)周期，一個(gè)周期只比較一次
cycledis：周期距離，每隔這個(gè)距離輸出一次
此模式相對(duì)復(fù)雜一些，比較輸出的數(shù)據(jù)不參考TABLE，只需指定第一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)的“VECTOR_MOVED”，比較周期的次數(shù)，每次輸出觸發(fā)的距離，“HW_TIMER”控制每到達(dá)一個(gè)周期觸發(fā)位置輸出的脈沖寬度和次數(shù)，參數(shù)設(shè)置可參考下方示意圖，紅色參數(shù)為HW_PSWITCH2指令的參數(shù)，橙色參數(shù)為HW_TIMER指令的參數(shù)。
此模式涉及的距離坐標(biāo)均為矢量坐標(biāo)，可用于單軸運(yùn)動(dòng)或插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)模式下比較輸出。
例一： mode=1，單軸模式，比較TABLE的位置點(diǎn)。
示波器采樣波形如下： 到達(dá)TABLE的四個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)50,100,150,200，OP反轉(zhuǎn)。
例二： mode=6，周期模式，結(jié)合HW_TIMER使用。
示波器波形如下：
輸出口為OP(0)，第一次比較輸出的狀態(tài)為ON，第一個(gè)輸出點(diǎn)的矢量坐標(biāo)為100，比較4次，間隔50的距離觸發(fā)一次。
每次觸發(fā)之后輸出OP的時(shí)間由HW_TIMER指令設(shè)置，HW_TIMER參數(shù)確定每次輸出脈沖的周期為100 ms，有效寬度為50ms，每個(gè)比較位置連續(xù)觸發(fā)2次。
YT模式下波形：
其他條件不變，將單軸運(yùn)動(dòng)改為MOVE(200,300)兩軸插補(bǔ)，波形如下，根據(jù)兩軸的合成矢量位置VECTOR_MOVED進(jìn)行比較。
程序如下：
XYZ模式下輸出波形如下：
2.HW_TIMER -- 硬件定時(shí)
（1） 指令說明
硬件定時(shí)器，用于硬件比較輸出后一段時(shí)間后還原電平。“ HW_TIMER”只有1個(gè)，每次調(diào)用會(huì)強(qiáng)制停止之前的調(diào)用。
OP和MOVE_OP操作會(huì)關(guān)閉正在進(jìn)行的HW_TIMER脈沖，這樣可以使用HW_TIMER來實(shí)現(xiàn)類似PWM的功能，OP輸出打開脈沖輸出，下一個(gè)OP輸出關(guān)閉脈沖輸出，當(dāng)使用MOVE_OP精準(zhǔn)輸出時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的PWM輸出無限脈沖功能。
使用“?*HW_TIMER”可以看到還有多少脈沖剩余。
（2）注意事項(xiàng)
每個(gè)周期輸出一次信號(hào)，指令的周期時(shí)間的設(shè)置一定要大于系統(tǒng)周期，否則輸出異常。 輸出口需要指定支持PSO功能的OP口。
（3）指令語法
HW_TIMER(mode, cyclonetime, optime, reptimes, opstate, opnum )
mode：0停止，2-啟動(dòng)
cyclonetime：周期時(shí)間，us單位
optime：有效時(shí)間，us單位
reptimes：重復(fù)次數(shù)，啟動(dòng)模式，reptimes =0時(shí)，軟關(guān)閉HW_TIMER，原來的脈沖沒有完成的，會(huì)繼續(xù)輸出完成
opstate：輸出缺省狀態(tài)，輸出口變?yōu)榉谴藸顟B(tài)后開始計(jì)時(shí)
opnum：輸出口編號(hào)，必須能硬件比較輸出的口
參數(shù)設(shè)置可參考下方示意圖，此指令的效果是固定時(shí)間周期輸出。
例子：
示波器采樣OP(0)波形如下： 采樣周期設(shè)置為1ms，表示橫軸時(shí)間的單位為1ms，延時(shí)100ms之后開始觸發(fā)OP高速輸出，指令作用的總時(shí)間為“10000us*30”。 第三個(gè)參數(shù)調(diào)整輸出脈沖的寬度。
3.MOVE_ HWPSWITCH2 -- 緩沖硬件比較輸出
此命令功能和用法同“HW_PSWITCH2”，區(qū)別是此命令會(huì)進(jìn)運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，在緩沖中執(zhí)行比較。
PSO指令說明
四、等間距輸出脈沖的例子
采用“HW_PSWITCH2”指令的模式6，結(jié)合“HW_TIMER”控制單個(gè)軸高速等距輸出。
五、ZDevelop查看PSO曲線
1.示波器采樣上例波形如下。
三段單軸直線運(yùn)動(dòng)，比較范圍為位置20-120，每隔一個(gè)單位距離比較一次，共比較100次，中間段由于是等距比較，運(yùn)動(dòng)速度較小，故OP反轉(zhuǎn)的速度變慢。OP保持高電平的時(shí)間是2ms。
2.XY模式下OP隨運(yùn)動(dòng)距離變化的波形如下。
可看出等距比較模式下，比較輸出不受運(yùn)動(dòng)速度的影響，輸出始終是均勻的。
視頻演示
本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制器PSO位置同步輸出(一):硬件平臺(tái)與PSO指令簡(jiǎn)介， 就分享到這里。
更多精彩內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注“ 正運(yùn)動(dòng)小助手 ”公眾號(hào)，需要相關(guān)開發(fā)環(huán)境與例程代碼，請(qǐng)咨詢正運(yùn)動(dòng)技術(shù)銷售工程師：400-089-8936。
本文由正運(yùn)動(dòng)技術(shù)原創(chuàng)，歡迎大家 轉(zhuǎn) 載 ， 共 同 學(xué) 習(xí) ，一起提高中國智能制造水平。 文章版權(quán)歸正運(yùn)動(dòng)技術(shù)所有，如有轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明文章來源
正運(yùn)動(dòng)技術(shù)專注于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動(dòng)控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。正運(yùn)動(dòng)技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動(dòng)控制卡_運(yùn)動(dòng)控制器_EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動(dòng)控制PLC_運(yùn)動(dòng)控制_機(jī)器人控制器_視覺定位等等。
|
